一種具有銅-石墨烯復(fù)相的互連線及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的具有銅-石墨烯復(fù)相的互連線在絕緣基板上自下而上依次有銅層和銅-石墨烯復(fù)相導(dǎo)電層。其制備步驟包括：使用化學(xué)鍍的方法在經(jīng)清洗的絕緣基板上沉積一層銅層，使用光刻的方法對該銅層進(jìn)行圖形化，然后在石墨烯納米片的電鍍液中通過電鍍的方法在該銅層上電鍍。本發(fā)明的互連線以銅-石墨烯復(fù)相作為導(dǎo)電層，提高了互連線的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗氧化性能、機(jī)械性能及抗腐蝕性能。
【專利說明】一種具有銅-石墨烯復(fù)相的互連線及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種互連線，尤其是一種具有銅-石墨烯復(fù)相的互連線及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的互連線一般自下而上有絕緣基板、金屬化層及導(dǎo)電層。其中，導(dǎo)電層主要是銅。銅易于擴(kuò)散，電流承載能力弱，抗電遷移性能差，通常通過在絕緣基板與金屬化層之間增加一層銅的擴(kuò)散勢壘層等方法來提高銅的抗電遷移等性能。擴(kuò)散勢壘層的電阻通常很大，熱擴(kuò)散性能也較差，且其厚度通常也較大，這一方面降低了互連線的導(dǎo)電性，一方面增加了互連線結(jié)構(gòu)的尺寸。
[0003]此外，銅的抗氧化性能比較差，為了提高銅的抗氧化性能，通常需要在銅的表面再電鍍一層錫，從而阻止銅的氧化，而錫的導(dǎo)電性比較差，這既降低了互連線的導(dǎo)電性，增加了器件尺寸，阻礙了器件的小型化趨勢，又增加了工藝的繁瑣性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單，且具備優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗氧化性能、機(jī)械性能及抗腐蝕性能的具有銅-石墨烯復(fù)相的互連線及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的具有銅-石墨烯復(fù)相的互連線在絕緣基板上自下而上依次有銅層和銅-石墨烯復(fù)相導(dǎo)電層。
[0006]上述的絕緣基板可以為PET或Si/Si02基板。
[0007]具有銅-石墨烯復(fù)相的互連線的制備方法，包括以下步驟:
1)將絕緣基板放入丙酮中超聲清洗，并用去離子水沖洗；
2)使用化學(xué)鍍的方法在經(jīng)步驟I)處理的絕緣基板上鍍銅；
3)使用光刻的方法對步驟2)的銅層圖形化，將互連線圖形轉(zhuǎn)移到銅層上；
4)銅鍍液配置:將硫酸銅用水溶解，在其中依次加入硫酸、表面活性劑和鹽酸，攪拌均勻，獲得銅鍍液，銅鍍液中的硫酸銅濃度為150-250g/L，硫酸濃度為40-110 g/L，氯離子濃度為50-120 ppm，表面活性劑濃度為0.l_2g/L ；
5)含石墨烯的電鍍液配置:將石墨烯納米片先用少量步驟4)的銅鍍液潤濕并超聲后，再加入到剩余的銅鍍液中，石墨烯納米片的濃度為0.01-4g/L，充分?jǐn)嚢?，得到含石墨烯的電鍍液?br> 6)電鍍:以磷銅片為陽極，步驟2)所得圖形化的銅層作為陰極，置于步驟5)的含石墨烯納米片的電鍍液中，調(diào)節(jié)溫度為10-40°C、電流密度為0.5-16A/dm2，在攪拌條件下電鍍l-120min，獲得導(dǎo)電層為銅-石墨烯復(fù)相的互連線。
[0008]上述的表面活性劑可以為十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基硫酸鈉。所述的石墨烯納米片為單層或多層。
[0009]本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比具有的有益效果:本發(fā)明以銅-石墨烯復(fù)相作為導(dǎo)電層，可提高互連線的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗氧化性能、機(jī)械性能及抗腐蝕性能，有利于器件的小型化。本發(fā)明制備工藝簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1本發(fā)明的具有銅-石墨烯復(fù)相的互連線的示意圖。
【具體實施方式】
[0011]以下結(jié)合實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0012]如圖1所示，本發(fā)明的具有銅-石墨烯復(fù)相的互連線，在絕緣基板I上自下而上依次有銅層2和銅-石墨烯復(fù)相導(dǎo)電層3。
[0013]實施例1
1)將Si/Si02基板放入丙酮中超聲清洗，并用去離子水沖洗；
2)使用化學(xué)鍍的方法在經(jīng)步驟I)處理的Si/Si02基板上鍍銅；
3)使用光刻的方法對步驟2)的銅層圖形化，將互連線圖形轉(zhuǎn)移到銅層上；
4)銅鍍液配置:將硫酸銅用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基苯磺酸鈉和鹽酸，攪拌均勻，獲得鍍液，鍍液中的硫酸銅濃度為150g/L，硫酸濃度為40 g/L，氯離子濃度為IOOppm,十二燒基苯磺酸鈉濃度為0.lg/L ；
5)含石墨烯的電鍍液配置:將單層石墨烯納米片先用少量步驟4)的銅鍍液潤濕并超聲后，再加入到剩余的銅鍍液中，石墨烯納米片的濃度為0.01g/L，充分?jǐn)嚢瑁玫胶┑碾婂円海?br> 6)電鍍:以磷銅片為陽極，步驟2)所得圖形化的銅層作為陰極，置于步驟5)的含石墨烯納米片的電鍍液中，調(diào)節(jié)溫度為10°C、電流密度為16A/dm2，在攪拌條件下電鍍120min，獲得導(dǎo)電層為銅-石墨烯復(fù)相的互連線。
[0014]實施例2
1)將Si/Si02基板放入丙酮中超聲清洗，并用去離子水沖洗；
2)使用化學(xué)鍍的方法在經(jīng)步驟I)處理的Si/Si02基板上鍍銅；
3)使用光刻的方法對步驟2)的銅層圖形化，將互連線圖形轉(zhuǎn)移到銅層上；
4)銅鍍液配置:將硫酸銅用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基硫酸鈉和鹽酸，攪拌均勻，獲得鍍液，鍍液中的硫酸銅濃度為250g/L，硫酸濃度為110 g/L，氯離子濃度為50ppm,十二燒基硫酸鈉濃度為2g/L ;
5)含石墨烯的電鍍液配置:將多層石墨烯納米片先用少量步驟4)的銅鍍液潤濕并超聲后，再加入到剩余的銅鍍液中，石墨烯納米片的濃度為4g/L，充分?jǐn)嚢?，得到含石墨烯的電鍍液?br> 6)電鍍:以磷銅片為陽極，步驟2)所得圖形化的銅層作為陰極，置于步驟5)的含石墨烯納米片的電鍍液中，調(diào)節(jié)溫度為40°C、電流密度為0.5A/dm2，在攪拌條件下電鍍60min，獲得導(dǎo)電層為銅-石墨烯復(fù)相的互連線。
[0015]實施例3
1)將Si/Si02基板放入丙酮中超聲清洗，并用去離子水沖洗；
2)使用化學(xué)鍍的方法在經(jīng)步驟I)處理的Si/Si02基板上鍍銅； 3)使用光刻的方法對步驟2)的銅層圖形化，將互連線圖形轉(zhuǎn)移到銅層上；
4)銅鍍液配置:將硫酸銅用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基苯磺酸鈉和鹽酸，攪拌均勻，獲得鍍液，鍍液中的硫酸銅濃度為220g/L，硫酸濃度為80g/L，氯離子濃度為120ppm,十二燒基苯磺酸鈉濃度為L 5g/L ；
5)含石墨烯的電鍍液配置:將單層石墨烯納米片先用少量步驟4)的銅鍍液潤濕并超聲后，再加入到剩余的銅鍍液中，石墨烯納米片的濃度為lg/L，充分?jǐn)嚢瑁玫胶┑碾婂円海?br> 6)電鍍:以磷銅片為陽極，步驟2)所得圖形化的銅層作為陰極，置于步驟5)的含石墨烯納米片的電鍍液中，調(diào)節(jié)溫度為30°C、電流密度為8A/dm2，在攪拌條件下電鍍lmin，獲得導(dǎo)電層為銅-石墨烯復(fù)相的互連線。
[0016]實施例4
1)將Si/Si02基板放入丙酮中超聲清洗，并用去離子水沖洗；
2)使用化學(xué)鍍的方法在經(jīng)步驟I)處理的Si/Si02基板上鍍銅；
3)使用光刻的方法對步驟2)的銅層圖形化，將互連線圖形轉(zhuǎn)移到銅層上；
4)銅鍍液配置:將硫酸銅用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基苯磺酸鈉和鹽酸，攪拌均勻，獲得鍍液，鍍液中的硫酸銅濃度為200g/L，硫酸濃度為90 g/L，氯離子濃度為IOOppm,十二燒基苯磺酸鈉濃度為2g/L ；
5)含石墨烯的電鍍液配置:將多層石墨烯納米片先用少量步驟4)的銅鍍液潤濕并超聲后，再加入到剩余的銅鍍液中，石墨烯納米片的濃度為2g/L，充分?jǐn)嚢?，得到含石墨烯的電鍍液?br> 6)電鍍:以磷銅片為陽極，步驟2)所得圖形化的銅層作為陰極，置于步驟5)的含石墨烯納米片的電鍍液中，調(diào)節(jié)溫度為20°C、電流密度為lA/dm2，在攪拌條件下電鍍50min，獲得導(dǎo)電層為銅-石墨烯復(fù)相的互連線。
[0017]實施例5
1)將PET基板放入丙酮中超聲清洗，并用去離子水沖洗；
2)使用化學(xué)鍍的方法在經(jīng)步驟I)處理的PET基板上鍍銅；
3)使用光刻的方法對步驟2)的銅層圖形化，將互連線圖形轉(zhuǎn)移到銅層上；
4)銅鍍液配置:將硫酸銅用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基苯磺酸鈉和鹽酸，攪拌均勻，獲得鍍液，鍍液中的硫酸銅濃度為180g/L，硫酸濃度為65 g/L，氯離子濃度為IOOppm,十二燒基苯磺酸鈉濃度為1.2g/L ；
5)含石墨烯的電鍍液配置:將單層石墨烯納米片先用少量步驟4)的銅鍍液潤濕并超聲后，再加入到剩余的銅鍍液中，石墨烯納米片的濃度為3g/L，充分?jǐn)嚢?，得到含石墨烯的電鍍液?br> 6)電鍍:以磷銅片為陽極，步驟2)所得圖形化的銅層作為陰極，置于步驟5)的含石墨烯納米片的電鍍液中，調(diào)節(jié)溫度為25°C、電流密度為2A/dm2，在攪拌條件下電鍍30min，獲得導(dǎo)電層為銅-石墨烯復(fù)相的互連線。
[0018]實施例6
1)將PET基板放入丙酮中超聲清洗，并用去離子水沖洗；
2)使用化學(xué)鍍的方法在經(jīng)步驟I)處理的PET基板上鍍銅； 3)使用光刻的方法對步驟2)的銅層圖形化，將互連線圖形轉(zhuǎn)移到銅層上；
4)銅鍍液配置:將硫酸銅用水溶解，在其中依次加入硫酸、十二烷基硫酸鈉和鹽酸，攪拌均勻，獲得鍍液，鍍液中的硫酸銅濃度為200g/L，硫酸濃度為70g/L，氯離子濃度為lOOppm，十二烷基硫酸鈉濃度為1.2g/L ；
5)含石墨烯的電鍍液配置:將多層石墨烯納米片先用少量步驟4)的銅鍍液潤濕并超聲后，再加入到剩余的銅鍍液中，石墨烯納米片的濃度為3g/L，充分?jǐn)嚢?，得到含石墨烯的電鍍液?br> 6)電鍍:以磷銅片為陽極，步驟2)所得圖形化的銅層作為陰極，置于步驟5)的含石墨烯納米片的電鍍液中，調(diào)節(jié)溫度為28°C、電流密度為3A/dm2，在攪拌條件下電鍍20min，獲得導(dǎo)電層為銅-石墨烯復(fù)相的互連線。
【權(quán)利要求】
1.一種具有銅-石墨烯復(fù)相的互連線，其特征是在絕緣基板(I)上自下而上依次有銅層(2)和銅-石墨烯復(fù)相導(dǎo)電層(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有銅-石墨烯復(fù)相的互連線，其特征在于:所述的絕緣基板(I)為PET或Si/Si02基板。
3.一種制備如權(quán)利要求1所述的具有銅-石墨烯復(fù)相的互連線的方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將絕緣基板放入丙酮中超聲清洗，并用去離子水沖洗； 2)使用化學(xué)鍍的方法在經(jīng)步驟I)處理的絕緣基板上鍍銅； 3)使用光刻的方法對步驟2)的銅層圖形化，將互連線圖形轉(zhuǎn)移到銅層上； 4)銅鍍液配置:將硫酸銅用水溶解，在其中依次加入硫酸、表面活性劑和鹽酸，攪拌均勻，獲得銅鍍液，銅鍍液中的硫酸銅濃度為150-250g/L，硫酸濃度為40-110 g/L，氯離子濃度為50-120 ppm，表面活性劑濃度為0.l_2g/L ； 5)含石墨烯的電鍍液配置:將石墨烯納米片先用少量步驟4)的銅鍍液潤濕并超聲后，再加入到剩余的銅鍍液中，石墨烯納米片的濃度為0.01-4g/L，充分?jǐn)嚢?，得到含石墨烯的電鍍液? 6)電鍍:以磷銅片為陽極，步驟2)所得圖形化的銅層作為陰極，置于步驟5)的含石墨烯納米片的電鍍液中，調(diào)節(jié)溫度為10-40°C、電流密度為0.5-16A/dm2，在攪拌條件下電鍍l-120min，獲得導(dǎo)電層 為銅-石墨烯復(fù)相的互連線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有銅-石墨烯復(fù)相的互連線的制備方法，其特征在于:所述的表面活性劑為十烷基苯橫酸納或十烷基硫酸納。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有銅-石墨烯復(fù)相的互連線的制備方法，其特征在于:所述的石墨烯納米片為單層或多層。
【文檔編號】H01L23/522GK103943601SQ201410194333
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】徐楊, 任招娣, 駱季奎, 俞濱 申請人:浙江大學(xué)